人教版 (2019)必修 第二册第一节 化学反应与能量变化一等奖教案

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第二课时 化学反应与电能
基础达标
1．下列关于原电池的叙述正确的是 ( )
A．构成原电池的正极和负极的材料必须是两种不同的金属
B．原电池是将化学能转化为电能的装置
C．在原电池中，电子流出的一极是正极
D．原电池工作时，电路中的电流是从负极到正极
【答案】B
【解析】A．构成原电池的电极可以是金属与金属，也可以是金属与非金属，A项错误；B．原电池是将化学能转化为电能的装置，B项正确；C．原电池中电子流出的一极是负极，C项错误；D．原电池工作时，电流是从正极到负极，D项错误。故选：B。
2．下列说法不正确的是（ ）
A．电能属于一次能源
B．太阳能电池的能量转化方式为光能→电能
C．植物及其加工品所储存的能量为生物质能
D．芒硝晶体(Na2SO4·10H2O)白天在阳光下曝晒后失水、溶解吸热，夜里重新结晶放热，实现太阳能转化为化学能继而转化为热能
【答案】A
【解析】A. 电能是用风能、水能、太阳能等制取的能源，属于二次能源，故A错误；B. 太阳能电池直接把太阳能转化为电能，故B正确；C. 生物质能是绿色植物将太阳能转化为化学能而储存在生物质内部的能量，故C正确；D. Na2SO4•10H2O结晶属于化学变化，能量转换形式为化学能和热能的转化，白天在阳光下曝晒后失水，转换形式为太阳能和化学能的转化，故D正确；选A。
3.原电池产生电流的本质原因是（ ）
A．原电池中，电解质溶液能电离出自由移动的离子
B．有两个活泼性不同的电极
C．导线将电极、电解质溶液连接，形成了闭合回路
D．原电池中发生了氧化还原反应
【答案】D
【解析】原电池中，外电路中，负极上失电子发生氧化反应，正极上得电子发生还原反应，电子从负极沿导线流向正极；内电路中，电解质溶液中的阴离子向负极移动，阳离子向正极移动，所以形成了闭合回路，产生了电流，所以在原电池中发生氧化还原反应是原电池产生电流的本质原因。故选：D。
4．钢铁不是纯净的铁，通常含有少量的碳，在潮湿的空气中易形成原电池而腐蚀，下列说法正确的是 ( )
A．铁为正极，发生还原反应B．铁为负极，发生氧化反应
C．碳为正极，发生氧化反应D．碳为负极，发生还原反应
【答案】B
【解析】钢铁在潮湿的空气中易形成原电池而发生吸氧腐蚀。在钢铁发生吸氧腐蚀时，铁作负极发生氧化反应，碳作正极，氧气在正极发生还原反应。A．铁为负极，发生氧化反应，故A错误；B．铁为负极，发生氧化反应，故B正确；C．碳为正极，发生还原反应，故C错误；D．碳为负极，发生还原反应，故D错误；故答案为：B。
5．如图所示，为消除目前燃料燃烧时产生的环境污染，同时缓解能源危机，有关专家提出了利用太阳能制取氢能的构想。下列说法不正确的是（ ）
A．过程①将太阳能转换成化学能
B．电能属于一次能源
C．能量利用率：燃料电池比H2直接燃烧高
D．过程②将化学能转换为电能
【答案】B
【解析】A．化学物质中存在化学能，过程①是水在太阳能的作用下转化为氢气和氧气，是太阳能转换成化学能，故A正确；B．电能是经过人为加工获得的，为二次能源，故B错误；C．燃料电池的能量利用率要比燃料直接燃烧的能量利用率高，故C正确；D．过程②是燃料电池，是将化学能转换为电能，故D正确；
故选B。
6．下列有关装置的说法正确的是（ ）
A．装置Ⅰ中为原电池的负极 B．装置Ⅱ为一次电池
C．装置Ⅲ可构成原电池 D．装置Ⅳ工作时，电子由锌通过导线流向碳棒
【答案】D
【解析】A．镁与氢氧化钠溶液不反应，铝能够与氢氧化钠溶液反应，装置Ⅰ中铝为负极，镁为正极，故A错误；B．铅蓄电池是二次电池，可以放电充电，故B错误；C．装置Ⅲ中的两个材料相同、都是Zn，不能构成原电池，故C错误；D．装置Ⅳ为干电池，锌为负极，碳棒为正极，工作时，原电池中电子由负极沿导线流向正极，因此电子由锌通过导线流向碳棒，故D正确；故选D。
7．一种锂水电池以锂和钢板为电极，LIOH为电解质，使用时加入水即可放电，总反应为：2Li+2H2O==2LiOH+H2↑。下列有关该电池的说法错误的是（ ）
A．锂极为负极B．OH-移向正极
C．H2为正极产物D．电子由锂经导线流向钢板
【答案】B
【解析】A．由方程式可知，Li失去电子，发生氧化反应，做负极，则钢板做正极，A项正确；B．负极上的电极方程式为：Li-e-+OH-==LiOH，可知OH-移向负极，B项错误；C．正极上的电极方程式为：2Li+2H2O==2LiOH+H2↑，可知氢气为正极产物，C项正确；D．电子会从负极流向正极，即电子由锂经导线流向钢板，D项正确；答案选B。
8．下列四个常用电化学装置的叙述错误的是（ ）
A．图Ⅰ所示电池中，电子从锌片流出
B．图Ⅱ所示干电池中锌作负极
C．图Ⅲ所示电池为二次电池，放电时正极的电极反应式为Pb-2e-+SO42-==PbSO4
D．图Ⅳ所示电池中通入氧气的电极是正极
【答案】C
【解析】A．图I构成原电池，锌比铜活泼，锌作负极，电子由锌片流出，故A正确；B．图II为锌锰干电池，其中锌作负极，故B正确；C．图III为铅蓄电池，放电时正极二氧化铅得电子生成硫酸铅，电极反应式为：PbO2+2e- +SO42-+4H+==PbSO4+2H2O，故C错误；D．图Ⅳ为氢氧燃料电池，氢气失电子，a为负极；氧气在b电极得电子，b电极为正极，故D正确；故选：C。
9．碱性锌锰电池获得了广泛的应用，根据电池的电极反应，下列判断正确的是（ ）
A．碱性锌锰电池是二次电池
B．Zn为负极，MnO2为正极
C．工作时电子由MnO2经外电路流向Zn极
D．Zn电极发生还原反应，MnO2电极发生氧化反应
【答案】B
【解析】A． 碱性锌锰电池是一次电池，不可重复使用，故A错误；B． Zn失电子发生氧化反应，为负极，MnO2为正极，故B正确；C． 工作时电子由经Zn极外电路流向MnO2，故C错误；D． Zn电极发生氧化反应，MnO2电极发生还原反应，故D错误；故选B。
10．氢氧燃料电池可以使用在航天飞机上，其反应原理如图。下列说法正确的是（ ）
A．该电池的总反应：2H2+O2==2H2O
B．该电池工作时电能转化为化学能
C．外电路中电子由电极b通过导线流向电极a
D．该电池的离子导体可以选择稀硫酸，也可选择酒精溶液
【答案】A
【解析】A．由分析可知，电池的总反应为2H2+O2==2H2O，故A正确；B．燃料电池工作时，将化学能转化为电能，故B错误；C．燃料电池工作时，外电路中电子由负极电极a通过导线流向正极电极b，故C错误；D．若离子导体选择酒精溶液，酒精是非电解质，不能形成闭合回路，不能构成原电池，故D错误；故选A。
能力提升
11．X、Y、Z、M、N代表五种金属，有以下反应：
①Y与M用导线连接放入稀硫酸中，M上冒气泡；
②M、N为电极，与N的盐溶液组成原电池，电子从M极流出，经过外电路，流入N极；
③Z+2H2O(冷水)=Z(OH)2+H2↑；
④水溶液中，X+Y2+=X2++Y。
则这五种金属的活动性由强到弱的顺序为（ ）
A．Z＞X＞Y＞M＞NB．Z＞Y＞X＞M＞N
C．Z＞X＞Y＞N＞MD．X＞Y＞M＞N＞Z
【答案】A
【解析】①Y与M用导线连接放入稀硫酸中，M上冒气泡，说明M作为原电池的正极，活泼性MN；③Z+2H2O(冷水)=Z(OH)2+H2↑，Z的化学性质非常活泼；④水溶液中，X+Y2+=X2++Y，X可以置换出Y的盐溶液中的Y，所以活泼性X>Y，所以五种金属活动性由强到弱的顺序为：Z>X>Y>M>N，答案选A。
12．2018 年 5 月美国研究人员成功实现在常温常压下用氮气和水生产氨，原理如下图所示：
下列说法正确的是（ ）
A．图中能量转化方式只有 2 种
B．b 极发生的电极反应为：N2+6H＋+6e－= 2NH3
C．H＋向 a 极区移动
D．a 极上每产生 22.4L O2 流过电极的电子数为 2NA
【答案】B
【解析】A. 图中能量转化方式有风能转化为电能、太阳能转化为电能、化学能转化为电能等，所以能量转化方式不只是2种，故A错误；B. b极氮气转化为氨气，氮元素化合价降低被还原为原电池的正极，b 极发生的电极反应为：N2+6H＋+6e－= 2NH3，故B正确；C. b极氮气转化为氨气，氮元素化合价降低被还原为原电池的正极，故H＋向 b极区移动，故C错误；D. a极为负极，电极反应为2H2O-4e-==O2↑+4H+，每产生标准状况下 22.4L O2 流过电极的电子数为4NA，但题干没说明标准状况，故D错误；答案选B。
13．一种微生物燃料电池如图所示，下列关于该电池说法正确的是（ ）
A．a电极为正极，发生还原反应
B．H＋由右室通过质子交换膜进入左室
C．当b电极上产生lmlN2时，溶液中将有l0mle—通过
D．b电极反应式为：2NO＋10e—＋12H＋=N2↑＋6H2O
【答案】D
【解析】A．由分析可知，电极a为燃料电池的负极，故A错误；B．燃料电池工作时，氢离子向正极移动，由左室通过质子交换膜进入右室，故B错误；C．由分析可知，电极b为正极，硝酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成氮气和水，则当b电极上产生lmlN2时，导线中将有lml×5×2=l0mle—通过，故C错误；D．由分析可知，电极b为正极，硝酸根离子在正极得到电子发生还原反应生成氮气和水，电极反应式为2NO＋10e—＋12H＋=N2↑＋6H2O，故D正确；故选D。
14．高一台山市华侨中学校考期中）原电池原理的发现是储能和供能技术的巨大进步，是化学对人类的一项重大贡献。
（1）现有如下两个反应：
A．NaOH+HCl==NaCl+H2O； B．Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑。
判断能否设计成原电池A，B(填“能”或“不能”)。
（2）将纯锌片和纯铜片按图中方式插入100mL相同浓度的稀硫酸中一段时间，回答下列问题：
①下列说法正确的是。
A．甲、乙均为化学能转变为电能的装置 B．乙中铜片上没有明显变化
C．甲中铜片质量减少、乙中锌片质量减少 D．两烧杯中溶液的均增大
②在相同时间内，两烧杯中产生气泡的速度：甲乙(填“>”“ Zn-2e-==Zn2+ 负 不变 1ml/L
(3)0.1NA
【解析】（1）原电池的构成条件之一为自发的氧化还原反应，A．NaOH+HCl═NaCl+H2O不是氧化还原反应，不能设计成原电池；B．Zn+H2SO4═ZnSO4+H2↑是氧化还原反应，能设计成原电池；
（2）①A．甲构成原电池，将化学能转变为电能，乙中铜锌没有用导线连接，乙没有形成原电池，乙不能将化学能转变为电能，故A错误；B．乙没有形成原电池，乙装置中铜片不反应，所以铜片上没有明显变化，故B正确；C．甲、乙中都是锌失电子生成锌离子，铜片不反应，锌片质量都减少、铜片质量不变，故C错误；D．两个烧杯中都产生氢气，氢离子浓度都降低，所以溶液的pH均增大，故D正确；选BD；
②甲构成原电池，所以甲的腐蚀速度>乙的腐蚀的速度；
③甲构成原电池，负极是锌失电子发生氧化反应，电极反应式为：Zn-2e-=Zn2+；原电池的电池工作时阴离子移向负极，则溶液中SOeq \\al(2－,4)向负极移动，该原电池的总反应式为：Zn+2H+=Zn2++H2↑，SOeq \\al(2－,4)不参与反应，电池工作完成后，溶液中SOeq \\al(2－,4)浓度不变；
④稀释后氢离子的物质的量为1L×0.1ml•L-1=0.1ml，生成氢气的氢离子的物质的量为1.12L/22.4L/ml×2=0.1ml，所以原溶液中氢离子的物质的量为0.2ml，硫酸的物质的量为0.1ml，原溶液中硫酸的浓度为0.1ml/0.1L=1ml/L；
（3）甲中正极反应式为2H++2e-=H2↑，产生1ml氢气时转移2ml电子，产生标准状况1.12L气体即物质的量为1.12L/22.4L/ml=0.05ml时转移0.1ml电子，理论上通过导线的电子数目为0.1NA。
直击高考
15.尿素燃料电池既能去除城市废水中的尿素，又能发电。尿素燃料电池结构如下图所示，甲电极上发生如下反应：CO(NH2)2+H2O-6e-==CO2+N2+6H+，则下列说法正确的是（ ）
A．甲电极是正极 B．每1.5mlO2理论上可净化1mlCO(NH2)2
C．H+从乙电极附近向甲电极附近迁移 D．电解质溶液可以是NaOH溶液
【答案】B
【解析】A．甲电极电极反应式为：CO(NH2)2+H2O-6e-==CO2+N2+6H+，是氧化反应，甲电极是负极，A错误；B．由电荷守恒知：2CO(NH2)2～12e-～3O2，则每1.5mlO2理论上可净化1mlCO(NH2)2，B正确；C．阳离子移向正极，甲电极为负极、乙电极为正极，则H+从甲电极附近向乙电极附近迁移，C错误；D． 从甲电极电极反应式CO(NH2)2+H2O-6e-==CO2+N2+6H+知，电解质溶液不可以是NaOH溶液，D错误；答案选B。
16．现代生产、生活和国防中大量使用电池，各种电池应运而生。请回答下列问题。
（1）碱性锌锦干电池是应用广泛的一次电池。总反应Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+
Zn(OH)2该电池的负极材料是__________，负极电极反应式是_________________________。
（2）铅蓄电池工作时的总反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，电池在工作时，PbO2电极附近溶液的酸性将__________(填“增强”、“减弱，'或“不变”)；若该电池反应转移了0.2ml电子，则正极电极理论上增重_______g。
（3）氢氧燃料电池是一种将化学能转化为电能的高效、环境友好的发电装置。该电池的构造如图所示，请回答：
电极a为该电池_______(填“正极”或“负极”)，电极b的电极反应为___________________。
（4）某实验小组依据氧化还原反应：_______(用离子方程式表示)设计的原电池装置如图，反应前，两电极质量相等，一段时间后，两电极质盘相差12g，导线中通过_______ml电子。
【答案】(1)Zn Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2
（2）减弱 6.4 g
（3）负极 O2+4e-+2H2O=4OH-
（4）Fe+Cu2+=Fe2++Cu 0.2
【解析】(1)碱性锌锦干电池总反应Zn+2MnO2+2H2O=2MnO(OH)+Zn(OH)2，反应中还原剂是锌，失电子发生氧化反应，该电池的负极材料是Zn，负极电极反应式是Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2。故答案为：Zn；Zn-2e-+2OH-=Zn(OH)2；
(2)铅蓄电池工作时的总反应为Pb+PbO2+2H2SO4=2PbSO4+2H2O，电池在工作时，正极反应式为PbO2+SOeq \\al(2－,4)+4H++2e-=PbSO4+2H2O，消耗氢离子，PbO2电极附近溶液的酸性将减弱(填“增强”、“减弱，'或“不变”)；由电池反应可知消耗2ml酸转移2ml电子，正极电极理论上增重64g，若该电池反应转移了0.2ml电子，则正极电极理论上增重6.4g。故答案为：减弱；6.4；
(3)电极a上氢气失电子，发生氧化反应，为该电池负极(填“正极”或“负极”)，电极b氧气得电子，发生还原反应，电极反应为O2+4e-+2H2O=4OH-。故答案为：负极；O2+4e-+2H2O=4OH-；
(4)Fe为负极，发生：Fe-2e-=Fe2-，石墨为正极，发生Cu2++2e-=Cu，总反应式为Fe+Cu2+═Fe2++Cu；一段时间后，两电极质量相差12g，
导线中通过0.2ml电子。故答案为：Fe+Cu2+=Fe2++Cu；0.2。